KR102607446B1 - Heart failure diagnosis method by measuring ventricular ejection fraction - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서 개시되는 발명의 예시적인 실시예는, 심장 영상에서 심내막 경계를 분할하여 심실의 구축률을 측정함으로써 이를 통해 심부전을 진단하는 방법에 관한 것으로써, 본 실시예의 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법은, 대상체의 심장에 대한 자기공명영상을 획득하는 단계와 상기 자기공명영상에서 상기 심장의 심내막 경계(Endocardial border)를 제1 신경망을 이용하여 분할하는 단계와 상기 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피를 측정하는 단계와 측정된 상기 심실의 부피를 통해 상기 심실의 구축률(Ejection fraction)을 측정하는 단계 및 상기 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.An exemplary embodiment of the invention disclosed herein relates to a method of diagnosing heart failure by dividing the endocardial border in a cardiac image and measuring the ventricular contracture rate. The heart failure diagnosis method includes obtaining a magnetic resonance image of the heart of a subject, dividing the endocardial border of the heart in the magnetic resonance image using a first neural network, and dividing the endocardial border of the heart using a first neural network. It may include measuring the volume of the ventricle through the step of measuring the volume of the ventricle, measuring the ejection fraction of the ventricle through the measured volume of the ventricle, and determining whether the ejection fraction falls within a preset range. You can.

Description

심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법{Heart failure diagnosis method by measuring ventricular ejection fraction}Heart failure diagnosis method by measuring ventricular ejection fraction}

본 발명은, 심장 영상에서 심내막 경계를 분할하여 심실의 구축률을 측정함으로써 이를 통해 심부전을 진단하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 중소벤처기업부 창업사업화 지원사업의 지원을 받아 수행한 결과물을 포함한다.[10448495, 종합적 심장 자기공명영상(MRI) 분석을 통한 심장 질병 진단 자동화 모델 개발]The present invention relates to a method of diagnosing heart failure by dividing the endocardial border in cardiac images and measuring the ventricular contracture rate. This invention includes results carried out with support from the Startup and Commercialization Support Project of the Ministry of SMEs and Startups. [10448495, Development of an automated model for heart disease diagnosis through comprehensive cardiac magnetic resonance imaging (MRI) analysis]

다양한 분자영상기술(molecular imaging techniques) 중에서 자기공명영상(magnetic resonance imaging; MRI)은 조직 주변(lattice)을 둘러싸고 있는 분자들과 수소원자(proton) 간의 상호작용(interaction)에 기반하여 매우 우수한 해부학적 영상을 제공해 줄 수 있기 때문에 가장 강력하고 비-침습적인 진단 수단 중의 하나로 여겨지고 있다.Among various molecular imaging techniques, magnetic resonance imaging (MRI) provides excellent anatomical imaging based on the interaction between molecules surrounding the tissue (lattice) and hydrogen atoms (protons). Because it can provide images, it is considered one of the most powerful and non-invasive diagnostic tools.

최근의 자기공명영상은 기존의 해부학적 단층영상 뿐만 아니라 생체 물리량을 정량적으로 측정할 수 있도록 영상기술들이 개발되고 있다. MRI에서 측정할 수 있는 생체 물리량은 인체 조직에서의 고주파 펄스에 따른 수소 원자의 자기회복 시간, 혈류속도, 확산, 관류 등이 대표적이며 비침습적으로 안전하고 정확하게 측정이 가능하다.Recently, magnetic resonance imaging imaging technologies are being developed to quantitatively measure biophysical quantities in addition to existing anatomical tomography images. Representative biophysical quantities that can be measured with MRI include the self-recovery time of hydrogen atoms due to high-frequency pulses in human tissue, blood flow rate, diffusion, and perfusion, and can be measured non-invasively, safely, and accurately.

이 중 자기회복의 성분 별 특징 통해 조직간의 대조도를 만들 수 있는데 이러한 회복 시간의 차이는 분자수준에서 조직의 질병을 정량적으로 평가할 수 있는 생체 물리량으로서 적극 활용되고 있다.Among these, contrast between tissues can be created through the characteristics of each component of self-recovery, and this difference in recovery time is actively used as a biophysical quantity that can quantitatively evaluate tissue disease at the molecular level.

예를 들어, 심장에 대하여 심장 자기공명영상(cardiac magnetic resonance imaging) 촬영을 통해 심장 수축기와 이완기의 움직임을 볼 수 있으며, 전체적인 심장의 기능 뿐만 아니라 국소적인 심장의 기능을 평가할 수 있다.For example, through cardiac magnetic resonance imaging of the heart, the movements of the heart's systole and diastole can be seen and the overall heart function as well as local heart function can be evaluated.

다만, 이러한 영상을 통한 진단을 위해서는 추가적인 작업이 필요하다.However, additional work is required for diagnosis through these images.

특히 심부전(Heart failure)은, 다양한 원인에 의해 초래될 수 있는데, 심장 혈관(관상동맥) 질환(예, 심근경색 등)이 2/3 정도로 가장 흔한 원인이고, 심장 근육(심근) 질환(예: 원인 미상이거나, 유전적 원인인 심근병증, 바이러스 감염 등의 심근염 등) 고혈압, 판막 등이 주요 원인이다. 그 밖에도 장기간의 빠른 맥박(빈맥), 지속적인 스트레스 등도 원인을 제거하면 좋아지는 가역적인 심부전의 원인이 될 수 있고 항암제 중 일부도 누적되는 사용 용량에 비례하여 심부전을 발생시키는 경우가 있다.In particular, heart failure can be caused by a variety of causes, with cardiovascular (coronary artery) disease (e.g., myocardial infarction, etc.) being the most common cause (about 2/3), and heart muscle (myocardial) disease (e.g., The main causes are unknown causes, cardiomyopathy due to genetic causes, myocarditis due to viral infection, etc.), high blood pressure, valves, etc. In addition, long-term rapid pulse (tachycardia) and persistent stress can cause reversible heart failure that improves when the cause is removed, and some anticancer drugs may also cause heart failure in proportion to the cumulative dose used.

이러한 심부전의 가장 흔하고 중요한 증상은 숨이 차는 것(호흡곤란)이다. 호흡곤란은 주로 심장에 혈액이 정체(울혈)되면서 심실의 충만 압력이 높아지고 이로 인해 심장으로 들어오는 폐 혈관에 혈액이 정체되어 생기고 이로 인해 기침이 발생할 수 있다. 또한 심장에서 혈액을 제대로 짜내지 못하므로 피로감과 운동능력 저하가 나타나게 된다.The most common and important symptom of heart failure is shortness of breath (difficulty breathing). Shortness of breath is mainly caused by blood stagnation (congestion) in the heart, which increases the filling pressure of the ventricle, which causes blood to stagnate in the pulmonary blood vessels entering the heart, which can cause coughing. Additionally, because the heart cannot properly pump blood, fatigue and decreased exercise capacity occur.

호흡곤란, 피로감, 운동능력 저하 등과 같은 심부전의 주관적 증상과 혈액검사, 흉부 x선 촬영 심전도 등의 일반적 검사 등을 통해 심부전을 진단할 수 있다.Heart failure can be diagnosed through subjective symptoms of heart failure such as shortness of breath, fatigue, and decreased exercise capacity, as well as general tests such as blood tests, chest x-rays, and electrocardiograms.

종래 침습적 방법(혈액검사)의 경우, 환자와 직접 내방하여 진단을 위한 사전 검사 등이 이루어져야 하는 번거로움이 있으며 종래 비침습적 방법(흉부 x 선 촬영)의 경우 정확한 진단을 위해서는 심장의 해부학적 위치 및 다양한 촬영 각도에 따라 촬영된 복수의 영상에 대하여 공통된 영역의 구분이 필요하며 따라서 작업자의 숙련도에 따라 진단 결과가 영향을 받게 되는 문제가 있다.
선행특허로는 일본 공표특허공보 특표2019-504659(2019.02.21.), 미국 특허출원공개공보 US2020/0397313(2020.12.24.), 중국특허공개공보 110363772(2019.10.22.)가 있다.
In the case of the conventional invasive method (blood test), there is the inconvenience of having to visit the patient directly and perform a preliminary examination for diagnosis, and in the case of the conventional non-invasive method (chest x-ray), the anatomical location of the heart and the It is necessary to distinguish common areas for multiple images taken at various shooting angles, and therefore, there is a problem in that the diagnosis results are affected by the operator's skill level.
Prior patents include Japanese Patent Publication No. 2019-504659 (2019.02.21.), US Patent Application Publication US2020/0397313 (2020.12.24.), and Chinese Patent Publication 110363772 (2019.10.22.).

따라서 본 발명은, 상술한 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.Therefore, the present invention aims to solve the above-mentioned problems.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 딥러닝 기반의 학습된 신경망을 통해 심장 영역에서 심내막 경계를 분할하는 방법을 제안하고자 한다.One of the various tasks of the present invention is to propose a method for segmenting the endocardial border in the heart region through a deep learning-based learned neural network.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피의 측정 정확도를 높일 수 있는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.One of the various tasks of the present invention is to propose a method that can increase the accuracy of measuring ventricular volume through divided endocardial boundaries.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 심장 주기 중 이완기 말의 영상과 수축기 말의 영상을 기준으로 심실의 부피를 측정하고, 이를 통해 심실 구축률을 측정할 수 있는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.One of the various tasks of the present invention is to propose a method for measuring the ventricular contracture rate by measuring the volume of the ventricle based on the image at the end of the diastole and the image at the end of the systole during the cardiac cycle.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 측정된 심실 구축률을 기준으로 기 설정된 값과 비교함으로써 심부전을 진단할 수 있는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.One of the various tasks of the present invention is to propose a method for diagnosing heart failure by comparing the measured ventricular contracture rate with a preset value.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 보다 높은 진단율을 갖도록 심장 영역에서 심내막 경계의 분할을 위한 신경망의 구체적인 학습 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.One of the various tasks of the present invention is to propose a specific learning method of a neural network for segmentation of the endocardial border in the cardiac region to achieve a higher diagnosis rate.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 심장 진단에 활용되는 MRI 영상을 이용하여 신경망의 학습 데이터를 확보하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.One of the various tasks of the present invention is to propose a method of securing learning data for a neural network using MRI images used in cardiac diagnosis.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 다양한 실시예는 대상체의 심장에 대한 자기공명영상을 획득하는 단계와 상기 자기공명영상에서 상기 심장의 심내막 경계(Endocardial border)를 제1 신경망을 이용하여 분할하는 단계와 상기 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피를 측정하는 단계와 측정된 상기 심실의 부피를 통해 상기 심실의 구축률(Ejection fraction)을 측정하는 단계 및 상기 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심부전을 진단하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법을 제공한다.Various embodiments for solving the problem of the present invention include obtaining a magnetic resonance image of the heart of a subject and segmenting the endocardial border of the heart in the magnetic resonance image using a first neural network. and measuring the volume of the ventricle through the divided endocardial border and measuring the ejection fraction of the ventricle through the measured volume of the ventricle, and whether the ejection fraction falls within a preset range. Provides a heart failure diagnosis method through measuring ventricular contracture rate, which is characterized in that heart failure is diagnosed by determining.

상기 획득된 자기공명영상은, 심장 주기 중 이완기 말의 영상과 수축기 말의 영상이 사용될 수 있다.The obtained magnetic resonance image may be an image at the end of diastole or an image at the end of systole during the cardiac cycle.

상기 심실의 부피를 측정하는 단계에서, 상기 심실의 부피는 상기 분할된 심내막의 경계를 따라 상기 심실을 복수개의 조각들로 구획한 뒤 상기 조각들의 부피를 합산하여 측정할 수 있다.In the step of measuring the volume of the ventricle, the volume of the ventricle may be measured by dividing the ventricle into a plurality of pieces along the boundary of the divided endocardium and then adding up the volumes of the pieces.

상기 심실의 구축률을 측정하는 단계에서, 상기 심실의 구축률은 상기 이완기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피와 상기 수축기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피를 기준으로 측정할 수 있다.In the step of measuring the contracture rate of the ventricle, the contracture rate of the ventricle may be measured based on the volume of the ventricle measured in the image at the end of diastole and the volume of the ventricle measured in the image at the end of systole.

상기 심실의 구축률을 측정하는 단계에서, 상기 심실의 구축률은 제2 신경망을 사용하여 학습된 모델을 통해 측정할 수 있다.In the step of measuring the contracting rate of the ventricle, the contracting rate of the ventricle can be measured through a model learned using a second neural network.

상기 제1 신경망과 상기 제2 신경망은 서로 다른 네트워크 구조를 형성할 수 있다.The first neural network and the second neural network may form different network structures.

상기 제1 신경망은 입력 영상 내 픽셀 값에 대한 컨볼루션 연산을 통해 특징 값을 산출하는 제1 네트워크와, 상기 산출된 특징 값에 대한 디컨볼루션 연산을 통해 상기 입력 영상 크기의 분할 결과 값을 산출하는 제2 네트워크로 구성될 수 있다.The first neural network is a first network that calculates feature values through a convolution operation on pixel values in the input image, and a division result value of the input image size through a deconvolution operation on the calculated feature values. It may be configured as a second network.

상기 제1 및 제2 네트워크는 컨볼루션 또는 디컨볼루션 연산 단계에 따라 상호 대칭 구조를 가지며, 상기 제2 네트워크는 디컨볼루션 출력 값과 대응되는 상기 제1 네트워크의 컨볼루션 단계의 출력값을 합성(concatenate)하여 특징 맵을 생성할 수 있다.The first and second networks have a mutually symmetrical structure according to the convolution or deconvolution operation step, and the second network synthesizes the output value of the convolution step of the first network corresponding to the deconvolution output value ( concatenate) to create a feature map.

본 발명의 예시적인 실시예는, 대상체의 심장에 대한 자기공명영상을 획득하는 영상 획득부와 획득한 상기 영상에서 상기 심장의 심내막 경계(Endocardial border)를 제1 신경망을 이용하여 분할하는 영역 분할부와 상기 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피를 측정하고, 측정된 상기 심실의 부피를 통해 상기 심실의 구축률(Ejection fraction)을 측정하는 구축률 측정부 및 상기 측정된 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심부전을 진단하는 진단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 장치를 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention includes an image acquisition unit that acquires a magnetic resonance image of the heart of a subject, and a region divider that divides the endocardial border of the heart from the acquired image using a first neural network. An ejection fraction measuring unit that measures the volume of the ventricle through the division and the divided endocardial border and measures the ejection fraction of the ventricle through the measured volume of the ventricle, and the measured ejection fraction is preset. A heart failure diagnosis device is provided by measuring ventricular contracture rate, comprising a diagnosis unit that determines whether the device falls within the range and diagnoses heart failure.

상기 획득된 자기공명영상은, 심장 주기 중 이완기 말의 영상과 수축기 말의 영상인 것을 특징으로 할 수 있다.The acquired magnetic resonance image may be an image at the end of diastole and an image at the end of systole during the cardiac cycle.

상기 심실의 부피는 상기 분할된 심내막의 경계를 따라 상기 심실을 복수개의 조각들로 구획한 뒤 상기 조각들의 부피를 합산하여 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The volume of the ventricle may be measured by dividing the ventricle into a plurality of pieces along the boundary of the divided endocardium and then adding up the volumes of the pieces.

상기 심실의 구축률은 상기 이완기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피와 상기 수축기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피를 기준으로 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The ventricular contracture rate may be measured based on the volume of the ventricle measured in the image at the end of diastole and the volume of the ventricle measured in the image at the end of systole.

상기 심실의 구축률은 제2 신경망을 사용하여 학습된 모델을 통해 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The contracture rate of the ventricle may be measured through a model learned using a second neural network.

상기 제1 신경망과 상기 제2 신경망은 서로 다른 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.The first neural network and the second neural network may form different network structures.

본 발명의 예시적인 실시예는, 대상체의 심장에 대한 자기공명영상을 획득하는 단계와 상기 자기공명영상에서 상기 심장의 심내막 경계(Endocardial border)를 제1 신경망을 이용하여 분할하는 단계와 상기 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피를 측정하는 단계와 측정된 상기 심실의 부피를 통해 상기 심실의 구축률(Ejection fraction)을 측정하는 단계 및 상기 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심부전을 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention includes obtaining a magnetic resonance image of the heart of a subject, segmenting the endocardial border of the heart in the magnetic resonance image using a first neural network, and dividing the endocardial border of the heart using a first neural network. Measuring the volume of the ventricle through the endocardial border, measuring the ejection fraction of the ventricle through the measured volume of the ventricle, and determining whether the ejection fraction falls within a preset range. Provided is a computer-readable recording medium storing a program for performing a method for diagnosing heart failure by measuring ventricular contracture rate, which includes the step of diagnosing heart failure.

상술한 실시예들의 각각의 특징들은 다른 실시예들과 모순되거나 배타적이지 않는 한 다른 실시예들에서 복합적으로 구현될 수 있다.Each feature of the above-described embodiments can be implemented in combination in other embodiments as long as it is not contradictory or exclusive to other embodiments.

본 발명의 다양한 실시예에 의하면, 신경망을 이용하여 심장 영상에서 심내막의 경계를 정확하고 신속하게 분할함으로써, 영상 판독에 이용되는 리소스를 줄일 수 있다.According to various embodiments of the present invention, resources used for image interpretation can be reduced by accurately and quickly segmenting the boundaries of the endocardium in cardiac images using a neural network.

또한, 본 발명은 영상을 판독하는 작업자의 숙련도와 무관하게 통일된 분할 결과를 획득하고, 이를 통해 진단 과정을 간소화할 수 있으며 진단의 신뢰도를 높일 수 있다.In addition, the present invention obtains unified segmentation results regardless of the skill level of the operator reading the image, thereby simplifying the diagnosis process and increasing the reliability of diagnosis.

또한, 본 발명은 신경망을 이용하여 정확하고 신속하게 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 구축률을 추정하여 심부전을 진단하므로 진단의 신뢰도를 높일 수 있다.In addition, the present invention diagnoses heart failure by estimating the ventricular contracture rate through accurately and quickly segmented endocardial boundaries using a neural network, thereby increasing the reliability of the diagnosis.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those described above, and other effects not mentioned will be clearly recognized by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법의 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 심장의 주기와 심전도를 나타낸 도면이다.
도 3은 심장의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심내막의 경계를 분할하는 방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경망의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 심실의 부피 측정을 위해 심내막의 경계를 따라 심실을 복수개의 조각들로 구획한 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
Figure 1 is a diagram schematically showing a system for diagnosing heart failure by measuring ventricular contracture rate according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the heart cycle and electrocardiogram.
Figure 3 is a diagram showing a cross section of the heart.
Figure 4 is a diagram showing the flow of a method for dividing the border of the endocardium according to an embodiment of the present invention.
Figures 5 and 6 are diagrams illustrating the configuration of a neural network according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing the flow of a method for diagnosing heart failure by measuring ventricular contracture rate according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram showing the ventricle divided into a plurality of pieces along the border of the endocardium to measure the volume of the ventricle according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram showing the flow of a method for diagnosing heart failure by measuring ventricular contracture rate according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The detailed description below is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is merely for describing embodiments of the present invention and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B,(a),(b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.Additionally, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term.

자기공명영상(magnetic resonance imaging; MRI), 즉 MRI는 자기장에 의해 중축자화된 원자를 반전회복 RF 펄스를 사용하여 반전시킨 이후 지수곡선 형태로 회복되는 회복 과정상의 성분을 구분하여 성분에 따른 회복 시간을 산출할 수 있다. 피검체로부터 발생되는 신호를 k 공간(k-space)에서 스캔하여 MRI 신호를 획득하고, 위 획득한 MRI 신호를 변환하여 MRI 영상을 획득한다.Magnetic resonance imaging (MRI), that is, MRI, uses an inversion recovery RF pulse to invert atoms magnetized by a magnetic field and then classifies the components of the recovery process that are recovered in the form of an exponential curve, and determines the recovery time according to the components. can be calculated. An MRI signal is acquired by scanning the signal generated from the subject in k-space, and the obtained MRI signal is converted to obtain an MRI image.

심장의 경우 주기적으로 박동하는 심실의 기능 평가를 위하여 심장 주기(cardiac cycle)와 동기화된 연속적인 MRI 촬영을 통해 획득된 복수의 이미지는 각 k-공간에서 재구성되어 영화(cine) 영상으로 생성될 수 있다.In the case of the heart, to evaluate the function of periodically beating ventricles, multiple images acquired through continuous MRI scans synchronized with the cardiac cycle can be reconstructed in each k-space and generated as cine images. there is.

또한, MRI는 자기회복의 성분 별 특징을 가해지는 RF(Radio Frequency) 펄스에 대한 변수(Tim to repetition, Time to echo 등)을 진단 목적에 따라 조절하는 것을 통해 신호를 강조함으로써 다양한 영상의 영상을 획득하는 것도 가능하다.In addition, MRI provides a variety of images by emphasizing signals by adjusting the variables (Tim to repetition, Time to echo, etc.) of RF (Radio Frequency) pulses that apply characteristics of each component of self-recovery according to the purpose of diagnosis. It is also possible to obtain it.

이 때, TR은 RF 펄스의 반복 시간을 말한다. TR은 공명 신호를 얻기 위해 사용되는 RF 펄스를 생성하는 시간 간격을 말하고, 주로 종축 완화(longitudinal relaxation, 스핀-격자(Spin-Lattice))량을 결정한다.At this time, TR refers to the repetition time of the RF pulse. TR refers to the time interval for generating RF pulses used to obtain resonance signals, and mainly determines the amount of longitudinal relaxation (Spin-Lattice).

TE는 신호 발생 시간으로 RF 펄스를 출력한 뒤 에코 신호를 얻기까지의 시간을 말한다. TE는 횡축 평면 상으로 회복되는 스핀의 분산(탈위상)의 정도(스핀-스핀(Spin-Spin))를 결정한다.TE is the signal generation time and refers to the time from outputting the RF pulse to obtaining the echo signal. TE determines the degree of dispersion (dephase) of the spin that is recovered onto the transverse plane (Spin-Spin).

이때, T1은 RF 펄스가 주입된 후 반전된 이후 처음 상태의 63%의 평균자화가 종축 방향으로 형성될 때까지의 시간을 T1이완 시간으로 정의된다.At this time, T1 is defined as T1 relaxation time, which is the time from when the RF pulse is injected and reversed until an average magnetization of 63% of the initial state is formed in the longitudinal direction.

T2는 횡축 평면의 평균자화가 탈위상(Dephasing)에 의해 처음의 37%까지 감소하는데 걸리는 시간으로 정의된다.T2 is defined as the time it takes for the average magnetization in the transverse plane to decrease to 37% of the initial value by dephasing.

즉, 이상의 시간을 RF 펄스의 TR과 TE를 다양하게 하여 측정함으로써 T1 강조(Weighted) 이미지 또는 T2 강조 이미지를 생성할 수 있다.In other words, a T1-weighted image or a T2-weighted image can be generated by measuring the above time by varying the TR and TE of the RF pulse.

이하에서는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 심실 구축률 측정을 통한 심근염의 진단 방법으로 영화 영상을 통해 인공지능 기반의 진단을 수행하는 방법을 예로 들어 설명한다.Hereinafter, a method of performing artificial intelligence-based diagnosis through movie images will be described as an example of a method of diagnosing myocarditis by measuring ventricular contracture rate according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법의 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing a system for diagnosing heart failure by measuring ventricular contracture rate according to an embodiment of the present invention.

이하 도 1을 참고하여 설명한다.Hereinafter, the description will be made with reference to Figure 1.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 신경망을 통한 심내막의 경계(Endocardial border) 영역의 자동 분할 방법을 수행하는 분할 장치(100)는 MRI 장치(1000)와 연동되어 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the segmentation device 100 that performs an automatic segmentation method of the endocardial border area through a neural network in this embodiment may be configured in conjunction with the MRI device 1000.

MRI 장치(1000)는 상술한 바와 같이 자기장과 RF 펄스를 촬영자(10)의 인체에 가하게 되며 수소 원자의 특정 축방향의 자화 및 반전 후의 회복 과정상 특징을 추출한다. MRI 장치(1000)는 회복 과정에서 수신되는 신호를 이용하여 MRI 영상을 생성함으로써 비침습 영상 획득 및 진단이 가능하도록 한다.As described above, the MRI device 1000 applies magnetic fields and RF pulses to the human body of the photographer 10 and extracts characteristics of the recovery process after magnetization and reversal in a specific axial direction of hydrogen atoms. The MRI device 1000 enables non-invasive image acquisition and diagnosis by generating MRI images using signals received during the recovery process.

본 실시예의 분할장치(100)는 영상 획득부(110)와 심내막의 경계 영역 분할부(130)로 구성될 수 있다.The segmentation device 100 of this embodiment may be composed of an image acquisition unit 110 and an endocardial boundary area segmentation unit 130.

영상 획득부(110)는 MRI 장치(1000)에서 촬영된 자기공명영상을 입력 받을 수 있다. MRI 장치는(1000)는 자기장의 방향에 따라 종축자화된 원자를 반전회복 RF 펄스를 사용하여 반전시킨 이후 지수곡선 형태로 회복되는 스핀-격자 회복 과정상의 성분 값을 신호로 산출할 수 있다. 촬영자(10)의 심장으로부터 발생되는 성분 값을 k 공간에서 스캔하여 MRI 신호로 획득하고, 획득한 MRI 신호를 픽셀 단위로 매핑되어, 심장 주기에 따라 획득된 복수의 이미지를 영상으로 재구성하여 영화 영상을 생성한다.The image acquisition unit 110 may receive a magnetic resonance image captured by the MRI device 1000. The MRI device 1000 can calculate as a signal the component values of the spin-lattice recovery process in which atoms that have been longitudinally magnetized according to the direction of the magnetic field are inverted using an inversion recovery RF pulse and then recovered in the form of an exponential curve. Component values generated from the heart of the photographer 10 are scanned in k-space to obtain an MRI signal, the acquired MRI signal is mapped in pixel units, and a plurality of images acquired according to the cardiac cycle are reconstructed into an image to produce a movie image. creates .

영상 획득부(110)는 생성된 영화 영상을 입력 받거나, 직접 생성하는 것도 가능하다.The image acquisition unit 110 is also capable of receiving generated movie images or generating them directly.

획득된 영화 영상을 통해 심장 질환의 진단을 위해서는 영상내 심장에서 심외막(Epicardium), 심내막(Endocardium), 심근(Myocardium), 심내막의 경계(Endocardial border) 등의 영역 분할(Segmentation)이 중요하며, 따라서 완벽한 정량적 분석을 위해서는 많은 수의 영상을 정확히 분할해야 한다.In order to diagnose heart disease through acquired movie images, segmentation of areas such as the epicardium, endocardium, myocardium, and endocardial border in the heart within the image is important. Therefore, for complete quantitative analysis, a large number of images must be accurately segmented.

다만, 이러한 분할 과정은 판독자의 숙련도와 집중도에 따라 영향을 받으므로 자동화를 통해 보다 공통된 기준으로 정확한 분할을 수행할 필요가 있다.However, since this segmentation process is influenced by the reader's skill level and concentration, it is necessary to perform accurate segmentation based on a more common standard through automation.

따라서, 본 실시예에서 심내막의 경계 영역 분할부(130)는 영화 영상을 신경망(200)의 입력으로 심내막의 내측 경계 영역을 분할한다. 신경망(200)은 보다 정확한 분할을 위해 다양한 학습 데이터를 통해 학습을 수행하고 이를 통해 상술한 영역의 예측 성능을 높인다.Accordingly, in this embodiment, the endocardial border area segmentation unit 130 divides the inner border area of the endocardium using a movie image as an input to the neural network 200. The neural network 200 performs learning through various learning data for more accurate segmentation and thereby improves prediction performance in the above-mentioned areas.

분할장치(100)를 통해 분할된 심내막 경계 영역의 정보를 이용하여 진단장치(300)는 심부전을 진단할 수 있다.The diagnostic device 300 can diagnose heart failure using information on the endocardial border area divided by the dividing device 100.

보다 구체적으로, 진단장치(300)는 구축률 측정부(310)와 진단부(330)를 포함할 수 있다. 구축률 측정부(310)는 영역 분할부(130)를 통해 분할된 심내막의 경계를 기초로 심실의 구축률(Ventricular ejection fraction)을 측정할 수 있다.More specifically, the diagnostic device 300 may include a build rate measurement unit 310 and a diagnostic unit 330. The contracture rate measuring unit 310 can measure the ventricular ejection fraction based on the boundary of the endocardium divided through the region dividing unit 130.

심실의 구축률은 심실의 수축기 기능을 평가할 수 있는 수치로써, 심실의 수축기간 동안 좌심실에 유입된 혈액이 대동맥을 통해 유출되는 정도를 가늠할 수 있는 지표 중 하나이다.The ventricular contracture rate is a value that can evaluate the systolic function of the ventricle, and is one of the indicators that can measure the degree to which blood flowing into the left ventricle flows out through the aorta during the ventricular contraction period.

본 실시예에서 심실의 구축률은 좌심실의 구축률(Left ventricular ejection fraction)을 의미할 수 있다.In this embodiment, the ventricular ejection fraction may mean the left ventricular ejection fraction.

보다 구체적으로 심부전은, 상술한 바와 같이 다양한 원인에 의하여 심장의 기능이 저하된 상태이며 발발원인의 일예로써, 심장 근육 질환의 일종인 심근염은 심장 근육에 급성 또는 만성으로 염증 세포가 침윤한 상태로써, 심근세포의 손상을 의미한다. 이 경우 심장의 기능이 저하되며 확장성심근병증(Dilated cardiomyopathy, DCM)등과 같은 질병으로 발전할 수 있다. 확장성심근병증은, 심장 수축장애 일종으로써 심근의 수축 기능장애로 인해 심장 내에 혈액이 저류되어 심방 또는 심실이 확장되는 질환이다.More specifically, heart failure is a condition in which the function of the heart is reduced due to various causes as described above, and as an example of the cause, myocarditis, a type of heart muscle disease, is a condition in which inflammatory cells infiltrate the heart muscle either acutely or chronically. , indicates damage to myocardial cells. In this case, heart function deteriorates and may develop into diseases such as dilated cardiomyopathy (DCM). Dilated cardiomyopathy is a type of heart contractile disorder in which blood accumulates within the heart and the atria or ventricles expand due to contractile dysfunction of the myocardium.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 심부전을 진단하기 위해 심장의 기능을 판단하기 위한 척도로써 좌심실의 구축률을 측정하여 이를 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단한다.Therefore, in one embodiment of the present invention, the contracture rate of the left ventricle is measured as a scale for determining the function of the heart to diagnose heart failure and determine whether it falls within a preset range.

상기 심실의 구축률은 분할된 심내막의 경계를 통해 심실의 부피 변화를 측정하여 산출할 수 있으며 이는 이하 도면을 참고하여 보다 자세히 후술한다.The ventricular contracture rate can be calculated by measuring the volume change of the ventricle through the boundary of the divided endocardium, which will be described in more detail with reference to the drawings below.

구축률 측정부(310)를 통해 측정된 심실의 구축률은 진단부(330)에서 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심부전을 진단할 수 있다.Heart failure can be diagnosed by determining whether the ventricular contracture rate measured through the contracture rate measurement unit 310 falls within a preset range in the diagnosis unit 330.

보다 구체적으로 상기 기 설정된 범위는 측정된 심실의 구축률이 정상범위에 해당하는지 또는 비정상범위에 해당하는지 여부를 판단(binary diagnosis)할 수 있다. 또는, 측정된 심실의 구축률이 기 설정된 범위로 정의되는 복수개의 카테고리에 해당하는지 여부를 판단(category diagnosis)할 수 있다.More specifically, the preset range can determine (binary diagnosis) whether the measured ventricular contracture rate falls within the normal range or abnormal range. Alternatively, it is possible to determine (category diagnosis) whether the measured ventricular contracture rate corresponds to a plurality of categories defined by a preset range.

그리고 상기 기 설정된 범위는, 다양한 모달리티의 기초 데이터를 활용하여 심부전의 진단 정확도를 높일 수 있다. 일 예로써 심부전의 진단을 위한 기초 데이터에 영향을 미치는 성별, 인종, 영상 모달리티 등의 정보를 의미할 수 있다. 또는 촬영자(10)의 기저질환, 유전자 검사, 가족력 등의 특이사항을 반영할 수도 있다.In addition, the preset range can increase the diagnostic accuracy of heart failure by utilizing basic data of various modalities. As an example, it may refer to information such as gender, race, and image modality that affects basic data for diagnosing heart failure. Alternatively, it may reflect special information such as underlying disease, genetic testing, and family history of the photographer (10).

도 2는 심장의 주기와 심전도를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the heart cycle and electrocardiogram.

이하 도 2를 참고하여 설명한다.Hereinafter, the description will be made with reference to FIG. 2.

구체적으로 도 2의 아래는 심장의 주기에 대응하여 심장의 전기적 활동을 증폭하여 기록한 심전도(electrocardiogram : ECG)를 나타낸 도면이다. 일반적으로 ECG의 1주기는 PQRST파로 구분되며, P파(波)는 심방의 흥분으로 인하고, QRS파는 심실의 흥분으로 인하고, T파는 심실의 회복과정으로 인하게 된다.Specifically, the bottom of FIG. 2 is a diagram showing an electrocardiogram (ECG) recorded by amplifying the electrical activity of the heart in response to the cardiac cycle. In general, one cycle of ECG is divided into PQRST waves, with the P wave due to atrial excitation, the QRS wave due to ventricular excitation, and the T wave due to the ventricular recovery process.

도 2의 (a)는 P파가 관측되는 구간을 나타낸 도면으로써, 전기자극에 의해 심방의 수축이 개시되는 시점을 의미한다. 도 2의 (b)는 P파가 관측된 후, 심방의 수축이 진행되고 있는 구간을 의미한다.Figure 2(a) is a diagram showing the section where the P wave is observed, meaning the point in time when atrial contraction begins due to electrical stimulation. Figure 2(b) represents the section in which atrial contraction is in progress after the P wave is observed.

도 2의 (c)는 QRS파가 관측되는 구간을 나타낸 도면으로써, 전기자극에 의해 심실이 수축이 개시되는 시점을 의미한다. Q파는 P파의 뒤에서 R파의 앞에 생기는 음성(하향)의 극(棘)을 말하고 심신의 흥분을 나타내는 QRS군의 첫 하향의 극을 의미한다. R파는 심전도의 있어서의 심실내 흥분전도파 가운데 상향(上向)의 극파(棘波)를 의미한다. S파는 정상 심전도에서 R파에 이어서 일어나는 QRS군의 하방에의 진동을 의미한다. 도 2 (d)는 T파가 관측되는 구간으로써, 심실근의 재분극에 의해 형성된다.Figure 2 (c) is a diagram showing the section in which the QRS complex is observed, meaning the point in time when ventricular contraction begins due to electrical stimulation. The Q wave refers to the negative (downward) pole that occurs behind the P wave and in front of the R wave, and is the first downward pole of the QRS complex, which represents excitement of the mind and body. The R wave refers to an upward spike wave among the intraventricular excitation waves in an electrocardiogram. The S wave refers to the downward oscillation of the QRS complex that occurs following the R wave in a normal electrocardiogram. Figure 2 (d) is the section where the T wave is observed, which is formed by repolarization of the ventricular muscle.

즉, 심장은 초기 이완기, 심방 수축기, 심방의 등적 수축기, 심실분출, 심실 회복기 등의 주기를 거치며 그에 따른 심장의 부피변화 및 심전도는 도 2에서 나타난 바와 같다.That is, the heart goes through cycles such as initial diastole, atrial systole, atrial systole, ventricular ejection, and ventricular recovery, and the corresponding changes in heart volume and electrocardiogram are as shown in FIG. 2.

본 실시예는 촬영자(10)의 심장에 대한 자기공명영상에서 심장 주기 중 이완기 말의 영상과 수축기 말의 영상을 획득하여 심장의 심내막 경계를 신경망을 이용하여 분할할 수 있다. In this embodiment, an image of the end diastole and an image of the end systole during the cardiac cycle are obtained from a magnetic resonance image of the heart of the photographer 10, and the endocardial border of the heart can be divided using a neural network.

좌심실의 구축률(Left ventricular ejection fraction, 이하 LVEF)은 아래와 같은 수식으로 산출될 수 있다.Left ventricular ejection fraction (LVEF) can be calculated using the formula below.

수식: LVEF(%)=(좌심실의 이완기 부피-좌심실 수축기 부피)/좌심실의 이완기 부피*100Formula: LVEF(%)=(diastolic volume of left ventricle - systolic volume of left ventricle)/diastolic volume of left ventricle*100

좌심실은 수축기 영상과 이완기 영상은 시계열적으로 변하므로, LVEF의 정확한 산출을 위해서는 상술한 바와 같이 좌심실의 부피가 가장 커지는 이완기 말의 좌심실 부피와 좌심실의 부피가 가장 작아지는 수축기 말의 좌심실 부피를 기준으로 하는 것이 바람직하다.Since the systolic and diastolic images of the left ventricle change in time series, to accurately calculate LVEF, as described above, the left ventricular volume at the end of diastole, when the volume of the left ventricle is the largest, and the left ventricular volume at the end of systole, when the volume of the left ventricle is the smallest, are used as the standard. It is desirable to do so.

상술한 이완기 말은 도 2의 (b)에서 도 2의 (c)로 전이되는 과정 중 일시기를 의미할 수 있다. 즉, 심실이 이완됨에 따라 심실의 부피가 증가하다가, 심실이 수축되기 바로 직전의 시기가 상술한 심장 주기 중 이관기 말로 정의될 수 있다.The end of the diastolic phase described above may refer to a temporary period in the process of transitioning from (b) in Figure 2 to (c) in Figure 2. In other words, the volume of the ventricle increases as the ventricle relaxes, and the period immediately before the ventricle contracts can be defined as the end of the tracheal period of the above-mentioned cardiac cycle.

그리고 상술한 수축기 말은 도 2의 (d)에서 도 2의 (a)로 전이되는 과정 중 일시기를 의미할 수 있다. 즉, 심실이 수축됨에 따라 심실의 부피가 감소하다가, 심실이 다시 이완되기 바로 직전의 시기가 상술한 심장 주기 중 수축기 말로 정의될 수 있다.And the end of systole described above may refer to a temporary period in the process of transitioning from (d) in Figure 2 to (a) in Figure 2. In other words, the volume of the ventricle decreases as the ventricle contracts, and the period immediately before the ventricle relaxes again can be defined as the end systole of the above-mentioned cardiac cycle.

따라서, 본 실시예에서는 LVEF의 측정을 위해 심장의 자기공명영상에서 심장의 심내막 경계를 신경망을 이용하여 분할(Segmentation)하는 단계에서의 상기 자기공명영상은 심장의 이완기 말 영상과 수축기 말의 영상을 사용할 수 있다. 심장의 이완기 말과 수축기 말의 영상을 사용함으로써, LVEF 측정 시 심장주기에 따른 심실의 부피 변화 또는 심근의 두께 증가와 같은 기타 요인에 따른 심실의 부피 변화를 최소화할 수 있어 LVEF의 측정을 위한 기준 좌심실 부피의 정확한 측정이 가능하다.Therefore, in this embodiment, in the step of segmenting the endocardial border of the heart using a neural network in the magnetic resonance image of the heart to measure LVEF, the magnetic resonance image is an image of the end diastole and an image of the end systole of the heart. can be used. By using images of the heart at the end of diastole and end systole, when measuring LVEF, it is possible to minimize changes in ventricular volume due to changes in ventricular volume during the cardiac cycle or other factors such as increase in myocardial thickness, which is the standard for measuring LVEF. Accurate measurement of left ventricular volume is possible.

즉, 심장의 주기 중 이완기 말의 영상에서 심내막의 경계를 분할하여 이완기 말의 좌심실 부피를 측정하고, 심장 주기 중 수축기 말의 영상에서 심내막의 경계를 분할하여 수축기 말의 좌심실 부피를 측정하여 이를 통해 LVEF를 측정하여 이를 기 설정된 범위와 비교하여 심부전의 진단 정확도를 높일 수 있다.In other words, the left ventricular volume at the end of diastole is measured by dividing the border of the endocardium in the image at the end of diastole during the cardiac cycle, and the left ventricle volume at the end of systole is measured by dividing the border of the endocardium in the image at the end of systole during the cardiac cycle. Through this, the LVEF can be measured and compared with a preset range to increase the accuracy of diagnosing heart failure.

도 3은 심장의 단면을 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing a cross section of the heart.

이하 도 2 내지 도 3을 참고하여 심장 주기와 ECG, 심장의 신호전달에 대해 구체적으로 설명하면, 대정맥(91)을 통해 동맥계를 거쳐 온 몸을 순환한 혈액이 모아져 우심방으로 들어간다. 우심방으로 혈액이 유입된 후, SA node(911)에서 전기적 신호가 발생하여 우심방이 수축이 진행되고 발생된 신호는 AV node(912), 히스다발(Bundle of His, 913)을 통해 푸르키네 섬유(Purkinje fibers, 914)로 신호가 전달된다.Hereinafter, the cardiac cycle, ECG, and heart signal transmission will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. Blood that circulates throughout the body through the arterial system through the vena cava 91 is collected and enters the right atrium. After blood flows into the right atrium, an electrical signal is generated in the SA node (911), causing contraction of the right atrium, and the generated signal is transmitted through the AV node (912) and the Bundle of His (913) to Purkinje fibers ( Signals are transmitted through Purkinje fibers, 914).

보다 구체적으로, 심장(9)은 스스로 박동하며, 심장(9)에는 스스로 탈분극을 주기적으로 생성시키는 자율박동세포가 있는 박동원이 존재한다.More specifically, the heart 9 beats on its own, and there is a beating source in the heart 9 containing autonomous beating cells that periodically generate depolarization on their own.

자율박동세포에서 생성된 탈분극은 수축세포로 전달되고 수축세포들은 개재판을 이용하여 다른 수축세포로 전기 신호를 전달한다. 초기 박동을 생성하는 곳은 동방결절(sinoatrial node, SA node, 911)이다.Depolarization generated in autonomous beating cells is transmitted to contractile cells, and contractile cells transmit electrical signals to other contractile cells using intervening plates. The place that generates the initial beat is the sinoatrial node (SA node, 911).

동방결절(911)은 우심방에 있고, 심방과 심실사이에는 절연 기능을 가진 섬유조직이 있기 때문에 동방결절(911)에서 발생한 신호를 전달하는 특수화된 전달 체제가 존재해야만 한다.Since the sinoatrial node 911 is located in the right atrium, and there is fibrous tissue with an insulating function between the atrium and the ventricle, a specialized transmission system must exist to transmit signals generated in the sinoatrial node 911.

동방결절에서 발생한 초기 신호를 심실로 전달하기위해 자율박동세포들이 모인 또 하나의 결절이 방실결절(atrioventricular node, AV node, 912)이다. 이렇게 전달되어 온 방실결절(912)의 전기신호는 바로 심실의 수축세포로 전달되지 않고, 심장의 정단부(심장의 아래쪽 부위)에 있는 수축세포부터 수축하도록 다른 전달 체제를 통해 심장의 정단부로 전기신호를 전달해야 한다.Another node where autonomous beating cells gather to transmit the initial signal generated in the sinoatrial node to the ventricle is the atrioventricular node (AV node, 912). The electrical signal from the atrioventricular node 912 transmitted in this way is not directly transmitted to the contractile cells of the ventricle, but is transmitted to the apex of the heart through a different transmission system so that contractile cells at the apex of the heart (lower part of the heart) contract. must be conveyed.

히스다발((Bundle of His, 913)은 방실결절(912)의 신호를 아래의 히스다발(913)를 거쳐 푸르기네 섬유(914)로 전달하는 중간 전기신호 전도 체제이다.The Bundle of His (913) is an intermediate electrical signal conduction system that transmits signals from the atrioventricular node (912) to the Purginae fibers (914) via the Bundle of His (913) below.

본 실시예는 상술한 대상체의 심장에 대한 자기공명영상 중 심장주기의 이완기 말과 수축기 말의 영상에서 상술한 심내막의 경계 영역을 분할(Segmentation)하고, 이완기 말과 수축기 말의 좌심실 부피를 측정하여 LVEF를 측정한 뒤 이를 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단함으로써 심부전을 진단할 수 있다.In this embodiment, among the magnetic resonance images of the heart of the subject described above, the boundary area of the endocardium is segmented from the images of the end diastole and end systole of the cardiac cycle, and the left ventricular volume at the end of diastole and end systole is measured. Heart failure can be diagnosed by measuring LVEF and determining whether it falls within a preset range.

이하 도 4 내지 도 6을 참고하여 상술한 이완기 말과 수축기 말의 심장 영상 내 특징 영역들을 분할하기 위한 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 6, a method for segmenting feature regions in the above-described end-diastolic and end-systolic cardiac images will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심내막의 경계를 분할하는 방법의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경망의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the flow of a method for dividing the boundary of the endocardium according to an embodiment of the present invention, and Figures 5 and 6 are diagrams exemplarily showing the configuration of a neural network according to an embodiment of the present invention. .

먼저 도 4를 참고하여 본 실시예에 따른 신경망(200)을 통한 심장의 영역 분할 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.First, referring to FIG. 4, the heart region segmentation method using the neural network 200 according to this embodiment will be described in more detail.

RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 영화 영상을 입력 받는다(S21).A movie image generated by mapping the recovery time according to the standard recovery rate of protons in heart tissue inverted with RF (Radio Frequency) pulses in pixel units in a two-dimensional space is input (S21).

상술한 바와 같이 영화 영상은 촬영자의 심장으로부터 발생되는 성분 값들을 k 공간에서 스캔하여 MRI 신호로 획득하고, 위 획득한 MRI 신호를 픽셀 단위로 매핑하여 영화 영상을 생성한다.As described above, a movie image is obtained as an MRI signal by scanning component values generated from the photographer's heart in k-space, and the obtained MRI signal is mapped in pixel units to generate a movie image.

이때, 심장의 조직 별 회복 시간을 픽셀단위로 측정하는 경우 심장의 심박에 따른 심근의 자연적인 움직임에 따른 심외막과 심내막의 위치변화가 영향을 미칠 수 있으므로 본 실시예에서는 조직 별 회복에 따른 신호를 심박 주기와 동기화 하여 신호를 획득할 수 있다.At this time, when the recovery time for each tissue of the heart is measured in pixels, changes in the positions of the epicardium and endocardium due to the natural movement of the myocardium according to the heart rate may affect it, so in this embodiment, the recovery time for each tissue is measured. The signal can be acquired by synchronizing it with the heart rate cycle.

다음 획득된 영화 영상을 이용하여 영화 영상 내 심내막 경계 영역을 분할(Segmentation) 하는 신경망(200)을 이용하여 분할 결과를 출력한다(S23).Next, using the acquired movie image, the segmentation result is output using a neural network 200 that segments the endocardial border area within the movie image (S23).

도 6을 참고하면, 본 실시예에서 신경망(200)은 합성 곱 연산을 수행하는 레이어의 적층 구조로 구성된 CNN(Convolution Neural Network) 모델로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 6, in this embodiment, the neural network 200 may be implemented as a CNN (Convolution Neural Network) model composed of a stacked structure of layers that perform a convolution operation.

CNN 모델 내부의 컨볼루션 레이어들은 입력된 영화 영상(210) 내의 특징 값 들과 레이어 내 필터를 합성 곱 하며 이를 통해 분할하고자 하는 객체가 갖는 특징들을 강조하여 출력한다. 출력된 특징 맵에 대해서는 다시 업 샘플링 과정을 통해 입력 영화 영상 영상 크기에 따른 픽셀 단위의 객체 위치 정보를 출력함으로써 분할 결과(220)를 출력한다.The convolution layers within the CNN model concatenate the feature values in the input movie image 210 and the filter within the layer, and through this, the features of the object to be segmented are emphasized and output. For the output feature map, the segmentation result 220 is output by outputting pixel-level object position information according to the input movie image size through an up-sampling process.

구체적으로 본 실시예에서 신경망(200)은 분할 결과를 보다 높은 해상도로 출력하기 위하여 컨볼루션을 수행하는 제1 네트워크와 업 샘플링을 수행하는 제2 네트워크로 구성하되 각 네트워크의 단계를 상호 대칭 구조로 구성할 수 있다.Specifically, in this embodiment, the neural network 200 is composed of a first network that performs convolution and a second network that performs up-sampling in order to output the segmentation result at higher resolution, but the steps of each network are mutually symmetrical. It can be configured.

네트워크의 세부 구조에 대해서는 도 7을 참고하여 이하 보다 상세히 설명한다.The detailed structure of the network will be described in more detail below with reference to FIG. 7.

도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 신경망(200)은 입력 영상 내 픽셀 값에 대한 컨볼루션 연산을 통해 특징 값을 산출하는 제1 네트워크와, 상기 산출된 특징 값에 대한 디컨볼루션 연산을 통해 상기 입력 영상 크기의 분할 결과 값을 산출하는 제2 네트워크로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 7, the neural network 200 according to this embodiment includes a first network that calculates feature values through a convolution operation on pixel values in the input image, and a deconvolution operation on the calculated feature values. It may be configured as a second network that calculates a division result value of the input image size.

이때 제1 네트워크는 입력된 영화 영상(210)에 대하여 심외막, 심내막 영역의 특성이 컨볼루션 연산을 통해 강조된 특징 맵을 단계적으로 출력한다. 또한, 특징 맵은 맥스 풀링(Max-pooling)에 의해 크기가 축소될 수 있으며 채널의 수는 연산되는 필터에 따라 확장될 수 있다.At this time, the first network gradually outputs a feature map in which the characteristics of the epicardial and endocardial regions are emphasized through a convolution operation for the input movie image 210. Additionally, the feature map can be reduced in size by Max-pooling and the number of channels can be expanded depending on the filter being calculated.

최종적으로 제1 네트워크에서 생성된 특징 맵은 상호 대칭 구조를 갖는 제2 네트워크를 통해서 다시 재 확장될 수 있다.Finally, the feature map generated in the first network can be re-extended again through the second network having a mutually symmetrical structure.

제2 네트워크는 채널의 수를 축소시키는 대신에 영상의 크기를 디(업)컨볼루션을 통하여 확장시킬 수 있다.The second network can expand the size of the image through de(up)convolution instead of reducing the number of channels.

이때 제2 네트워크의 각 단계는 디컨볼루션을 통해 확장된 크기의 영상과 제1 네트워크의 대응되는 단계의 출력값을 이용하여, 컨볼루션 연산을 수행하고 단계별 특징 맵을 생성한다.At this time, each stage of the second network uses the image of an expanded size through deconvolution and the output value of the corresponding stage of the first network to perform a convolution operation and generate a feature map for each stage.

즉, 제2 네트워크는 디컨볼루션 결과값과 대응되는 상기 제1 네트워크의 컨볼루션 단계의 출력값을 합성(concatenate)하고, 합성된 영상에 대해 컨볼루션 연산을 수행하여 특징 맵을 생성한다.That is, the second network concatenates the deconvolution result and the corresponding output value of the convolution step of the first network, and performs a convolution operation on the synthesized image to generate a feature map.

이상의 과정 역시, 제1 네트워크에 대응되는 단계 마다 반복 수행될 수 있으며 바람직하게는 입력 영화 영상의 크기와 제2 네트워크에서 출력되는 특징 맵의 크기가 동일해질 때까지 수행될 수 있다. 제2 네트워크의 최종 특징맵은 2가지 영역의 분할 결과를 출력할 수 있으며, 구체적으로 본 실시예에서 신경망(200)은 심장의 조직을 심근의 내측과 외측 영역으로 구분하여, 분할 결과를 세그멘테이션 맵(220)으로 출력할 수 있다.The above process can also be repeated for each step corresponding to the first network, and preferably can be performed until the size of the input movie image and the size of the feature map output from the second network become the same. The final feature map of the second network can output a segmentation result of two regions. Specifically, in this embodiment, the neural network 200 divides the heart tissue into the inner and outer regions of the myocardium, and outputs the segmentation result as a segmentation map. It can be output as (220).

나아가, 본 실시예에서 신경망(200)은 다양한 학습 데이터의 확보를 위해 이완기 말의 영화 영상 외 영화 영상의 생성에 이용되는 중간 이미지들을 학습 데이터 세트로 구성할 수 있다.Furthermore, in this embodiment, the neural network 200 may configure intermediate images used for generating movie images other than the movie image of the end diastole as a learning data set in order to secure various learning data.

이하, 본 실시예에 따른 신경망(200)의 학습에 대하여 설명한다.Hereinafter, learning of the neural network 200 according to this embodiment will be described.

본 실시예에서 신경망(200)은 진단에 이용되는 이완기 말과 수축기 말의 영화 영상 또는 상기 영화 영상의 생성을 위해 심박의 주기를 단위로 복수 촬영하여 획득된 중간 맵으로 구성된 이미지 세트를 이용하여 학습될 수 있다.In this embodiment, the neural network 200 learns using a movie image of end-diastole and end-systole used for diagnosis, or an image set consisting of an intermediate map obtained by taking multiple shots per heart beat cycle to generate the movie image. It can be.

따라서, 본 실시예에서는 심장 박동 주기와 RF 펄스 동기화에 따른 복수의 중간 맵을 획득한다. 상술한 바와 같이 심장의 경우 심전도(ECG, electrocardiogram)라는 심장에서 발생하는 전기적 신호를 측정하여 심박의 운동 주기를 측정할 수 있는데, 예를 들어 ECG 신호 중 특정 파형을 중심으로 박동 주기를 판단할 수 있다. 구체적으로는 QRS군 중에서 최고점을 나타내는 R파를 이용하여 R파와 다음 신호의 R파의 간격으로 정의도는 RR 간격을 단위로 중간 맵을 획득함으로써, 심박의 영향을 최소화하여 영상을 획득할 수 있다.Therefore, in this embodiment, a plurality of intermediate maps are obtained according to the heart beat cycle and RF pulse synchronization. As mentioned above, in the case of the heart, the exercise cycle of the heartbeat can be measured by measuring the electrical signals generated from the heart called an electrocardiogram (ECG). For example, the beat cycle can be determined based on a specific waveform among the ECG signals. there is. Specifically, by using the R wave, which represents the highest point in the QRS complex, to obtain an intermediate map with the RR interval, which is defined as the interval between the R wave and the R wave of the next signal, images can be acquired while minimizing the influence of heart rate.

구체적으로, RF 펄스가 가해진 후 RR 간격의 특정시점의 신호를 복수로 측정할 수 있다. 첫 번째 RF 펄스가 가해진 후 제1 반전이 발생하면, RR 간격에 따라 반복하여 심장 조직 내 원자들의 종축 방향의 회복 신호를 측정함으로써 복수의 부분 이미지를 획득할 수 있다.Specifically, after an RF pulse is applied, signals at specific points in the RR interval can be measured multiple times. When the first inversion occurs after the first RF pulse is applied, a plurality of partial images can be acquired by repeatedly measuring the recovery signal in the longitudinal axis direction of atoms in the heart tissue according to the RR interval.

이때, 영화 영상과 영화 영상의 생성에 이용된 중간 맵들은 모두 동일한 심장에 대하여 촬영된 이미지 이므로 하나의 학습 세트로 구성하여 심장 영역의 분할을 수행하는 신경망(200)의 학습 데이터로 이용한다.At this time, since the movie image and the intermediate maps used to generate the movie image are all images taken of the same heart, they are formed as one learning set and used as learning data for the neural network 200 that performs segmentation of the heart region.

또한, 영상의 특징을 다각화하기 위해 추가적인 영상 처리를 통해 학습 데이터의 증강(augmentation)시키는 것도 가능함은 물론이다.In addition, it is of course possible to augment the learning data through additional image processing to diversify the characteristics of the image.

도 7 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 심실의 부피 측정을 위해 심내막의 경계를 따라 심실을 복수개의 조각들로 구획한 것을 나타낸 도면이다.Figures 7 and 9 are diagrams showing the flow of a method for diagnosing heart failure by measuring ventricular contracture rate according to an embodiment of the present invention, and Figure 8 shows the flow of the endocardium for measuring the volume of the ventricle according to an embodiment of the present invention. This is a diagram showing the ventricle divided into a plurality of pieces along the border.

이하 도 7 내지 도 9를 참고하여 설명한다.Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. 7 to 9.

먼저, 도 7을 참고하면 본 실시예는 상술한 바와 같이 심장의 자기공명 영상을 획득(S10)한다. 이 경우 상술한 바와 같이 심장 주기 중 심장의 이완기 말 영상과 심장의 수축기 말 영상을 획득하는 것이 보다 정확한 좌심실 구축률의 측정이 가능하다.First, referring to FIG. 7, in this embodiment, a magnetic resonance image of the heart is acquired (S10) as described above. In this case, as described above, it is possible to more accurately measure the left ventricular contracture rate by acquiring the end-diastolic image and the end-systolic image of the heart during the cardiac cycle.

획득한 영상을 바탕으로, 심실의 심내막 경계를 신경망을 이용하여 분할(S30)할 수 있다. 이 때 분할되는 영역은 상술한 바와 같이 심부전의 정확한 진단을 위한 좌심실의 심내막 경계 영역을 분할하는 것이 바람직하다.Based on the acquired image, the endocardial border of the ventricle can be segmented (S30) using a neural network. At this time, as described above, it is desirable to divide the divided area into the endocardial border area of the left ventricle for accurate diagnosis of heart failure.

심내막의 경계를 신경망을 이용하여 분할한 뒤, 이를 통해 좌심실의 구축률을 측정(S50)할 수 있으며, 측정된 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심장의 기능장애 여부를 진단함으로써 심부전을 진단(S70)할 수 있다.After dividing the border of the endocardium using a neural network, the contracture rate of the left ventricle can be measured (S50), and diagnosis of cardiac dysfunction is made by determining whether the measured contracture rate falls within a preset range. By doing so, heart failure can be diagnosed (S70).

분할된 좌심실의 심내막 경계영역을 통해 좌심실의 구축률 측정(S50)은 이하 도 8을 참고하여 보다 구체적으로 설명한다.Measurement of the contracture rate of the left ventricle (S50) through the endocardial border area of the divided left ventricle will be described in more detail with reference to FIG. 8 below.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 심실의 부피 측정을 위해 심내막의 경계(933)를 따라 심실을 복수개의 조각들로 구획한 것을 나타낸 도면이다. 심내막의 경계(933)는 심내막과 심실의 챔버 사이에서 분할될 수 있으며, 심외막(931)과 소정간격 이격된 곳에서 분할될 수 있다. 상술한 심내막의 경계(933)와 심외막(931)의 사이에는 심근(myocardium)이 존재한다.Figure 8 is a diagram showing the ventricle divided into a plurality of pieces along the border 933 of the endocardium to measure the volume of the ventricle according to an embodiment of the present invention. The border 933 of the endocardium may be divided between the endocardium and the ventricular chamber, and may be divided at a predetermined distance from the epicardium 931. A myocardium exists between the above-described border 933 of the endocardium and the epicardium 931.

심실의 부피는, 분할된 심내막의 경계(933)를 따라 심실을 복수개의 조각들로 구획한 뒤, 조각들의 부피를 합산하여 측정할 수 있다. 복수개의 조각들은 분할된 심내막 경계(933)의 너비 방향을 따라 소정의 면적(a)을 형성하며, 분할된 심내막 경계(933)의 높이 방향을 따라 소정의 높이(h)를 형성한다. 따라서, 단위조각의 부피는 상기 소정의 면적(a)과 상기 소정의 높이(h)의 곱으로 산출될 수 있다. 그리고 심실의 부피는 산출된 단위조각의 부피를 모두 더함으로써 산출될 수 있다.The volume of the ventricle can be measured by dividing the ventricle into a plurality of pieces along the boundary 933 of the divided endocardium and then adding up the volumes of the pieces. The plurality of pieces form a predetermined area (a) along the width direction of the divided endocardial border 933, and form a predetermined height (h) along the height direction of the divided endocardial border 933. Therefore, the volume of the unit piece can be calculated as the product of the predetermined area (a) and the predetermined height (h). And the volume of the ventricle can be calculated by adding up the volumes of all calculated unit pieces.

물론, 상술한 바와 본 실시예의 심실의 부피는 보다 정확한 좌심실의 구축률 측정을 위해 심장의 이완기 말의 부피와 심장의 수축기 말의 부피를 산출할 수 있다.Of course, as described above and the volume of the ventricle in this embodiment, the end-diastolic volume of the heart and the end-systolic volume of the heart can be calculated for more accurate measurement of the contraction rate of the left ventricle.

좌심실의 구축률은 산출된 심장의 이완기 말의 부피와 심장의 수축기 말의 부피 차이를 심장의 이완기 말 부피에 나눈 뒤, 백분율로 측정될 수 있다. 측정된 좌심실 구축률은 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심장 기능의 장애를 측정함으로써 심부전을 측정할 수 있으며, 이하 도 9를 참고하여 보다 구체적으로 설명한다.The left ventricular contracture rate can be measured as a percentage by dividing the calculated difference between the end-diastolic volume of the heart and the end-systolic volume of the heart by the end-diastolic volume of the heart. Heart failure can be measured by determining whether the measured left ventricular contracture rate falls within a preset range and measuring heart function disorders, which will be described in more detail with reference to FIG. 9 below.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌심실 구축률 측정을 통한 심부전 진단 방법의 흐름을 구체적으로 나타낸 도면이다.Figure 9 is a diagram specifically showing the flow of a heart failure diagnosis method through measuring left ventricular contracture rate according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 심부전 진단 방법은 먼저 심장에 대한 영상 데이터를 획득(S110)하고, 획득된 영상에서 심장 주기 중 이완기 말과 수축기 말의 영상을 추출(S130)한 뒤, 추출된 이완기 말의 심장 영상과 수축기 말의 심장 영상을 분할(S310)할 수 있다. 이 경우 분할되는 영역은 영상에서 심장의 좌심실 심내막 경계를 의미할 수 있다. 그리고 분할된 심내막 경계를 바탕으로 좌심실의 구축률을 측정(S50)할 수 있으며, 이는 도 8에서 상술한 바와 같이 좌심실을 복수개의 조각들로 구획한 뒤, 조각들의 부피를 합산하여 심실 부피를 측정함으로써 측정될 수 있다.The heart failure diagnosis method of this embodiment first acquires image data about the heart (S110), extracts images of the end-diastole and end-systole of the cardiac cycle from the acquired images (S130), and then extracts the heart images of the extracted end-diastole and The heart image at the end of systole can be segmented (S310). In this case, the divided area may mean the endocardial border of the left ventricle of the heart in the image. And, based on the divided endocardial border, the contracture rate of the left ventricle can be measured (S50). As described above in FIG. 8, the left ventricle is divided into a plurality of pieces, and then the volumes of the pieces are added to obtain the ventricular volume. It can be measured by measuring.

좌심실의 구축률은 변화량의 산출이고, 연속 영상 기반 변화량의 예측이므로 LSTM(Long-short term memory), 또는 RNN(Recurrent Neural Network, RNN) 기반 신경망을 사용하여 학습된 모델을 통해 측정될 수 있다.The contracture rate of the left ventricle is a calculation of the amount of change and a prediction of the amount of change based on continuous images, so it can be measured through a model learned using LSTM (Long-short term memory) or RNN (Recurrent Neural Network, RNN)-based neural network.

RNN, 즉 Recurrent Neural Network는 뉴럴 네트워크 내부에 상태가 기억되고, 그 상태정보가 순환하며 연결될 수 있도록 구성되어, 연속적인 입력데이터를 고려하는 것이 가능하다. 따라서, RNN은 심장의 주기에 따라 시계열적으로 변화하는 심장 영상데이터, 좌심실 구축률과 같이 연속적이며 순서가 의미를 가지는 데이터를 다룰 때 적합한 모델이다. 다만, RNN은 태생적으로 vanishing gradient problem을 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해 LSTM(Long Short Term Memory) 네트워크가 제안되었는 바, 본 실시예의 학습 모델은 LSTM 기반 신경망을 통해 구축될 수도 있다.RNN, or Recurrent Neural Network, is configured so that the state is remembered inside the neural network and the state information can be circulated and connected, making it possible to consider continuous input data. Therefore, RNN is an appropriate model when dealing with continuous data whose order is meaningful, such as cardiac image data and left ventricular contracture rate that change in time series according to the cardiac cycle. However, RNN inherently has a vanishing gradient problem, and a Long Short Term Memory (LSTM) network was proposed to solve this problem, so the learning model in this embodiment may be constructed through an LSTM-based neural network.

한편, 측정된 좌심실의 구축률은 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여(S600), 좌심실의 기능장애 여부를 진단(S700)할 수 있다. 그리고 좌심실의 기능장애 여부에 따라 심부전을 진단할 수 있다.Meanwhile, it is possible to determine whether the measured contracture rate of the left ventricle falls within a preset range (S600) and to diagnose whether the left ventricle is dysfunctional (S700). Heart failure can be diagnosed depending on whether the left ventricle is dysfunctional.

측정된 좌심실의 구축률은 기 설정된 제1 범위에 해당하는지 여부를 판단(S611)할 수 있다. 상기 제1 범위는 70% 이상의 범위를 의미할 수 있으며, 좌심실의 구축률이 상기 제1 범위에 해당하는 경우 심장의 기능장애 중 과역동성(Hyperdynamic)을 확진(S711)할 수 있다.It may be determined (S611) whether the measured contracture rate of the left ventricle falls within a preset first range. The first range may mean a range of 70% or more, and if the left ventricular contracture rate falls within the first range, hyperdynamics among cardiac dysfunctions can be confirmed (S711).

측정된 좌심실의 구축률이 제1 범위에 해당하지 않는 경우, 제2 범위에 해당하는지 여부를 판단(S612)할 수 있다. 상기 제2 범위는 50% 이상 70% 미만의 범위를 의미할 수 있으며, 좌심실의 구축률이 상기 제2 범위에 해당하는 경우 심장의 기능장애가 없는 정상(Normal)을 확진(S712)할 수 있다.If the measured contracture rate of the left ventricle does not fall within the first range, it may be determined whether it falls within the second range (S612). The second range may mean a range of 50% to 70%, and if the left ventricular contracture rate falls within the second range, normal without cardiac dysfunction can be confirmed (S712).

측정된 좌심실의 구축률이 제2 범위에 해당하지 않는 경우, 제3 범위에 해당하는지 여부를 판단(S613)할 수 있다. 상기 제3 범위는 40% 이상 49% 이하의 범위를 의미할 수 있으며, 좌심실의 구축률이 상기 제3 범위에 해당하는 경우 심장의 기능장애 중 초기 기능장애(Mild dysfunction)을 확진(S713)할 수 있다.If the measured contracture rate of the left ventricle does not fall within the second range, it may be determined whether it falls within the third range (S613). The third range may mean a range of 40% to 49%, and if the left ventricular contracture rate falls within the third range, mild dysfunction among cardiac dysfunctions can be confirmed (S713). You can.

측정된 좌심실의 구축률이 제3 범위에 해당하지 않는 경우, 제4 범위에 해당하는지 여부를 판단(S614)할 수 있다. 상기 제4 범위는 30% 이상 39% 이하의 범위를 의미할 수 있으며, 좌심실의 구축률이 상기 제4 범위에 해당하는 경우 심장의 기능장애 중 중증 기능장애(Moderate dysfunction)을 확진(S714)할 수 있다.If the measured contracture rate of the left ventricle does not fall within the third range, it can be determined whether it falls within the fourth range (S614). The fourth range may mean a range of 30% to 39%, and if the left ventricular contracture rate falls within the fourth range, moderate dysfunction among cardiac dysfunctions can be confirmed (S714). You can.

측정된 좌심실의 구축률이 제4 범위에 해당하지 않는 경우, 제5 범위에 해당하는지 여부를 판단(S615)할 수 있다. 상기 제5 범위는 30% 미만의 범위를 의미할 수 있으며, 좌심실의 구축률이 상기 제5 범위에 해당하는 경우 심장의 기능장애 중 심각한 기능장애(Severe dysfunction)을 확진(S715)할 수 있다. 상술한 과역동성, 초기 기능장애, 중증 기능장애, 심각한 기능장애는, 심근염을 진단하기 위한 지표 중 하나로써, 사용될 수 있다.If the measured contracture rate of the left ventricle does not fall within the fourth range, it can be determined whether it falls within the fifth range (S615). The fifth range may mean a range of less than 30%, and if the left ventricular contracture rate falls within the fifth range, severe dysfunction among cardiac dysfunctions can be confirmed (S715). The above-mentioned hyperdynamics, early dysfunction, severe dysfunction, and severe dysfunction can be used as one of the indicators for diagnosing myocarditis.

상술한 바와 같이 심부전을 판단하기 위해 심실의 구축률이 정상범위(상기 제2 범위)에 해당하는지 여부를 판단(binary diagnosis)할 수도 있음은 물론이고, 또는 상술한 바와 같이 기 설정된 범위로 정의되는 복수개의 카테고리에 해당하는지 여부를 판단(category diagnosis)할 수도 있다.As described above, in order to determine heart failure, it is possible to determine (binary diagnosis) whether the ventricular contracture rate falls within the normal range (the second range), or it can be determined as a preset range as described above. It is also possible to determine (category diagnosis) whether or not it falls into multiple categories.

이상에서 본 발명의 다양한 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although various embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the patent claims described later as well as equivalents to these claims.

10: 촬영자 1000: MRI 장치
100: 분할장치 200: 신경망
300: 진단장치 400: 데이터 저장부
10: Photographer 1000: MRI device
100: Splitting device 200: Neural network
300: Diagnostic device 400: Data storage unit

Claims (15)

컴퓨팅 장치에 의해서 수행되는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법에 있어서,
대상체의 심장에 대한 심장 주기 중 이완기 말과 수축기 말의 자기공명영상을 획득하는 단계;
상기 자기공명영상에서 상기 심장의 심내막 경계(Endocardial border)를 제1 신경망을 이용하여 분할하는 단계;
상기 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피를 측정하고, 측정된 상기 심실의 부피를 통해 상기 심실의 구축률(Ejection fraction)을 측정하는 단계; 및
상기 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심장의 기능장애 정도를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 제1 신경망은 심전도(ECG) 신호 중 R파형과 그 다음 신호에서 측정되는 R파형의 간격(RR 간격)을 단위로 획득한 중간 맵으로 구성된 이미지 세트를 이용하여 학습되고,
상기 이미지 세트는 상기 RR 간격 내에서 RF(Radio Frequency) 펄스가 가해진 후 제1 반전이 발생하는 시점의 신호를 복수로 측정하여 얻어진 복수의 부분 이미지이며,
상기 심실의 구축률을 측정하는 단계는, 상기 제1 신경망을 통해 분할된 영역을 복수의 조각으로 구획한 단위 조각들의 시계열적인 부피 변화로 상기 심실의 구축률을 예측하는 제2 신경망을 사용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법.
In a method for outputting heart failure determination results through measurement of ventricular contracture rate performed by a computing device,
Acquiring magnetic resonance images of the subject's heart at the end of diastole and end systole during the cardiac cycle;
Segmenting the endocardial border of the heart in the magnetic resonance image using a first neural network;
measuring the volume of the ventricle through the divided endocardial border and measuring the ejection fraction of the ventricle through the measured volume of the ventricle; and
A step of determining the degree of cardiac dysfunction by determining whether the contracture rate falls within a preset range,
The first neural network is trained using an image set consisting of an intermediate map obtained as a unit of the R waveform of the electrocardiogram (ECG) signal and the interval (RR interval) between the R waveforms measured in the next signal,
The image set is a plurality of partial images obtained by measuring a plurality of signals at the time when the first inversion occurs after an RF (Radio Frequency) pulse is applied within the RR interval,
The step of measuring the contracting rate of the ventricle is calculated using a second neural network that predicts the contracting rate of the ventricle based on time-series volume changes of unit pieces that divide the area divided by the first neural network into a plurality of pieces. A method for outputting heart failure judgment results by measuring ventricular contracture rate.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 심실의 부피를 측정하는 단계에서, 상기 심실의 부피는 상기 분할된 심내막의 경계를 따라 상기 심실을 복수개의 조각들로 구획한 뒤 상기 조각들의 부피를 합산하여 측정하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법.
According to paragraph 1,
In the step of measuring the volume of the ventricle, the volume of the ventricle is measured by dividing the ventricle into a plurality of pieces along the boundary of the divided endocardium and then adding up the volumes of the pieces. Method for outputting heart failure judgment results through rate measurement.
제1항에 있어서,
상기 심실의 구축률을 측정하는 단계에서, 상기 심실의 구축률은 상기 이완기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피와 상기 수축기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피를 기준으로 측정하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법.
According to paragraph 1,
In the step of measuring the contracture rate of the ventricle, the contracture rate of the ventricle is measured based on the volume of the ventricle measured in the image at the end of diastole and the volume of the ventricle measured in the image at the end of systole. Method for outputting heart failure judgment results by measuring ventricular contracture rate.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 신경망과 상기 제2 신경망은 서로 다른 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법.
According to paragraph 1,
A method for outputting heart failure determination results through measuring ventricular contracture rate, characterized in that the first neural network and the second neural network form different network structures.
제1항에 있어서,
상기 제1 신경망은 입력 영상 내 픽셀 값에 대한 컨볼루션 연산을 통해 특징 값을 산출하는 제1 네트워크와, 상기 산출된 특징 값에 대한 디컨볼루션 연산을 통해 상기 입력 영상의 크기의 분할 결과 값을 산출하는 제2 네트워크로 구성되는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법.
According to paragraph 1,
The first neural network is a first network that calculates feature values through a convolution operation on pixel values in the input image, and a division result value of the size of the input image through a deconvolution operation on the calculated feature values. A method for outputting heart failure determination results through measurement of ventricular contracture rate, characterized in that it consists of a second network that calculates.
제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 네트워크는 컨볼루션 또는 디컨볼루션 연산 단계에 따라 상호 대칭 구조를 가지며,
상기 제2 네트워크는 디컨볼루션 출력 값과 대응되는 상기 제1 네트워크의 컨볼루션 단계의 출력값을 합성(concatenate)하여 특징 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법.
In clause 7,
The first and second networks have a mutually symmetrical structure depending on the convolution or deconvolution operation step,
The second network generates a feature map by concatenating the deconvolution output value and the corresponding output value of the convolution step of the first network.
대상체의 심장에 대한 심장 주기 중 이완기 말과 수축기 말의 자기공명영상을 획득하는 영상 획득부;
획득한 상기 영상에서 상기 심장의 심내막 경계(Endocardial border)를 제1 신경망을 이용하여 분할하는 영역 분할부;
상기 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피를 측정하고, 측정된 상기 심실의 부피를 통해 상기 심실의 구축률(Ejection fraction)을 측정하는 구축률 측정부; 및
상기 측정된 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심장의 기능장애 정도를 판단하는 진단부;를 포함하고,
상기 제1 신경망은 심전도(ECG) 신호 중 R파형과 그 다음 신호에서 측정되는 R파형의 간격(RR 간격)을 단위로 획득한 중간 맵으로 구성된 이미지 세트를 이용하여 학습되고,
상기 이미지 세트는 상기 RR 간격 내에서 RF(Radio Frequency) 펄스가 가해진 후 제1 반전이 발생하는 시점의 신호를 복수로 측정하여 얻어진 복수의 부분 이미지이며,
상기 구축률 측정부는, 상기 제1 신경망을 통해 분할된 영역을 복수의 조각으로 구획한 단위 조각들의 시계열적인 부피 변화로 상기 심실의 구축률을 예측하는 제2 신경망을 사용하여 상기 심실의 구축률을 산출하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 장치.
An image acquisition unit that acquires magnetic resonance images of the subject's heart at the end of diastole and end systole during the cardiac cycle;
a region dividing unit that divides the endocardial border of the heart from the acquired image using a first neural network;
an ejection fraction measuring unit that measures the volume of the ventricle through the divided endocardial border and measures the ejection fraction of the ventricle through the measured volume of the ventricle; and
It includes a diagnostic unit that determines the degree of cardiac dysfunction by determining whether the measured contracture rate falls within a preset range,
The first neural network is trained using an image set consisting of an intermediate map obtained as a unit of the R waveform of the electrocardiogram (ECG) signal and the interval (RR interval) between the R waveforms measured in the next signal,
The image set is a plurality of partial images obtained by measuring a plurality of signals at the time when the first inversion occurs after an RF (Radio Frequency) pulse is applied within the RR interval,
The contracting rate measurement unit determines the contracting rate of the ventricle using a second neural network that predicts the contracting rate of the ventricle based on time-series volume changes of unit pieces that divide the area divided by the first neural network into a plurality of pieces. A device for outputting heart failure determination results through measurement of ventricular contracture rate, characterized in that:
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 심실의 부피는 상기 분할된 심내막의 경계를 따라 상기 심실을 복수개의 조각들로 구획한 뒤 상기 조각들의 부피를 합산하여 측정하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 장치.
According to clause 9,
The volume of the ventricle is measured by dividing the ventricle into a plurality of pieces along the boundary of the divided endocardium and then summing the volumes of the pieces.
제9항에 있어서,
상기 심실의 구축률은 상기 이완기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피와 상기 수축기 말의 영상에서 측정된 상기 심실의 부피를 기준으로 측정하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 장치.
According to clause 9,
The ventricular contracture rate is measured based on the volume of the ventricle measured in the image at the end of diastole and the volume of the ventricle measured in the image at the end of systole. Heart failure determination result output through measurement of ventricular contracture rate. Device.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 제1 신경망과 상기 제2 신경망은 서로 다른 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 장치.
According to clause 9,
A device for outputting heart failure determination results through measurement of ventricular contracture rate, characterized in that the first neural network and the second neural network form different network structures.
대상체의 심장에 대한 심장 주기 중 이완기 말과 수축기 말의 자기공명영상을 획득하는 단계;
상기 자기공명영상에서 상기 심장의 심내막 경계(Endocardial border)를 제1 신경망을 이용하여 분할하는 단계;
상기 분할된 심내막 경계를 통해 심실의 부피를 측정하는 단계;
측정된 상기 심실의 부피를 통해 상기 심실의 구축률(Ejection fraction)을 측정하는 단계; 및
상기 구축률이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 심장의 기능장애 정도를 판단하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 신경망은 심전도(ECG) 신호 중 R파형과 그 다음 신호에서 측정되는 R파형의 간격(RR 간격)을 단위로 획득한 중간 맵으로 구성된 이미지 세트를 이용하여 학습되고,
상기 이미지 세트는 상기 RR 간격 내에서 RF(Radio Frequency) 펄스가 가해진 후 제1 반전이 발생하는 시점의 신호를 복수로 측정하여 얻어진 복수의 부분 이미지이며,
상기 심실의 구축률을 측정하는 단계는, 상기 제1 신경망을 통해 분할된 영역을 복수의 조각으로 구획한 단위 조각들의 시계열적인 부피 변화로 상기 심실의 구축률을 예측하는 제2 신경망을 사용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 심실 구축률 측정을 통한 심부전 판단 결과 출력 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
Acquiring magnetic resonance images of the subject's heart at the end of diastole and end systole during the cardiac cycle;
Segmenting the endocardial border of the heart in the magnetic resonance image using a first neural network;
measuring the volume of the ventricle through the divided endocardial border;
Measuring the ejection fraction of the ventricle through the measured volume of the ventricle; and
A step of determining the degree of cardiac dysfunction by determining whether the contracture rate falls within a preset range,
The first neural network is trained using an image set consisting of an intermediate map obtained as a unit of the R waveform of the electrocardiogram (ECG) signal and the interval (RR interval) between the R waveforms measured in the next signal,
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The step of measuring the contracting rate of the ventricle is calculated using a second neural network that predicts the contracting rate of the ventricle based on time-series volume changes of unit pieces that divide the area divided by the first neural network into a plurality of pieces. A computer-readable recording medium storing a program for performing a method for outputting heart failure determination results through measuring ventricular contracture rate, characterized in that:
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